离子选择性电极法测定水中微量氟离子

离子选择性电极法测定水中微量氟离子 实验 离子选择性电极法测定水中微量氟离子 一、实验目的 1. 熟悉氟离子选择性电极的结构和性能; 2. 学习用直接电位法测定氟离子浓度的方法; 3. 掌握标准曲线法和标准加入法的计算技能。 二、实验原理 离子选择性电极是一种电化学传感器，它可将溶液中特定离子的活度转换成相应的电位 -1信号。氟离子选择性电极的敏感膜为LaF单晶膜，电极管内装有0.1mol?LNaCl―NaF组3 成的内参比溶液，以Ag―AgCl作内参比电极。测定时，用氟离子选择电极作指示电极，饱和甘汞电极作参比电极，由氟离子选择性电极与饱和甘汞电极组成的电化学电池可示为: Cl，KCl(饱和)‖ 试液 ?LaF?NaF，NaCl，AgCl?Ag Hg?Hg223 ? 甘汞电极 ? ? 氟离子选择性电极 ? 在离子强度和pH值不变时，整个电池的电动势为: 2.303RT,E,K,lgc i电池F ,-11式中，K常数，R为摩尔气体常数8.314J?mol?K，T为热力学温度，F为法拉第常数 -196485C?mol。可见，在一定条件下，电池电动势与试液中的氟离子浓度的对数呈线性关系。离子选择电极定量测定的方法有标准曲线法和标准加入法。 为了保持溶液中的总离子强度不变，常在标准溶液与试样溶液中同时加入相等的足够量的惰性电解质如NaCl等。 在用氟离子选择性电极测定水中氟时，凡能与Fˉ生成稳定络合物或难溶沉淀的元素，如A1、Fe、Zr、Th、及Ca、Mg、稀土元素等会干扰测定，通常可用柠檬酸钠、EDTA、DCTA、磺基水杨酸或磷酸盐等掩蔽剂加以掩蔽。 +氟电极对Fˉ离子的电位响应，受溶液pH值的影响。在酸性溶液中H离子与部分Fˉ离子形成HF或HFˉ等在氟电极上不响应的形式，从而降低了Fˉ离子的浓度。在碱性溶2 液中，OHˉ在氟电极上与Fˉ产生竞争响应，此外OHˉ也能与LaF晶体膜产生交换反应3 而使Fˉ离子浓度增加: ,,LaF，3OH,La(OH)，3F 33 从而干扰电位响应使测定结果偏高。因此氟离子电极最适宜于在pH = 5,6范围内的溶液中进行测定，常用缓冲溶液CHCOOH―CHCOONa来调节。 33 使用氟电极测定溶液中氟离子浓度时，通常是综合考虑上述几种因素，使用总离子强度调节缓冲溶液(TISAB)来控制一定的离子强度、溶液的pH值和消除共存离子的干扰。本实验的TISAB的组成为NaCl、CHCOOH―CHCOONa和柠檬酸钠。 33 三、仪器与试剂 仪器: 1. pHS,3酸度计 2. PF-1型氟离子选择电极 3. 231型单液接甘汞电极 4. 电磁搅拌器 试剂: -11. 氟标准贮备液(200 mg• L):分析纯NaF于120?干燥2h，冷却后准确称取0.442 g，溶解后于1000mL容量瓶定容。然后贮存于聚乙烯塑料瓶中。 2. 总离子强度调节缓冲溶液:溶解12g柠檬酸钠(NaCHO?2HO)和58g NaCl于50 mL36572-1水中，加57 mL冰醋酸，以6 mol?L NaOH调节pH值至5.0,6.5，稀释至1 L。 3. 含氟水样 四、实验内容 1. 仪器准备 开启仪器，选择“mv”测量，预热仪器约20min，接入氟电极与甘汞电极。并检查甘汞电极内KCl溶液是否需要添加，检查空白电位值是否符合要求。(仪器使用参见pH计的使用方法) 2. 标准曲线法 (1)标准曲线的绘制 -1移取200mg?L标准NaF贮备溶液25mL于250mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。分别从中移取0.50，1.00，2.00，4.00，6.00，8.00，10.00mL于50mL容量瓶中，各加入10.0mL总离子强度调节缓冲液，用蒸馏水稀释至刻度。配制成0.200、0.400、0.800、 -11.60、3.20、4.00mg?L 系列NaF标准溶液各50mL。将上述溶液按由稀至浓的顺序依次倒 - 入洗净并干燥的50mL塑料烧杯中，放入搅拌子，插入电极。用酸度计依次测定不同F浓度溶液的电动势E。测定时搅拌2min，静置lmin，待电位稳定后读数。 i (2)水样中氟离子浓度的测定 准确移取25.00mL水样于50mL容量瓶中，加10.0mL总离子强度调节缓冲液。用与标准曲线绘制相同操作测定试样的电动势，记为E。 1- 以测得的电动势E(mV)为纵坐标，以F浓度的对数log c为横坐标作标准曲线。在F--1标准曲线上找到水样所对应的浓度值，再求出水样中氟的含量 (以mg?L为单位)。 3. 标准加入法 准确移取25.00mL水样于50mL容量瓶中，加10.0mL总离子强度调节缓冲液。用与标准曲线绘制相同操作测定试样的电动势，记为E。 1-1在上述已测定电位值的水样溶液中准确加入浓度C为200 mg?L，体积V为0.50 mLss的标准NaF溶液，继续同上测定操作，测定溶液的电动势记为E。 2-1按下式计算水样中氟离子的含量c(以mg?L为单位)。 x ,E-1sc,,c(10,1) x cV2.303RTss式中，;c为加入的标准溶液的浓度，V为加入的标准溶液的体积 s,;,c,ssnFV0 (mL);V为试样的体积(mL)。 0 4. 清洗电极 实验结束后，用去离子水清洗电极至电位值与起始空白电位值相近，收入电极盒中保存。 五、结果处理 比较标准曲线法和标准加入法得到的结果，计算两次结果的相对偏差，并对两种定量方法进行讨论。 六、思考题 1. 概括氟离子选择性电极的响应机理，并写出氟电极膜电位的表达式。 2. 为什么要加入总离子强度调节缓冲液,总离子强度调节缓冲液由那些组分组成, 3. 为什么要清洗电极,本实验过程中什么时候应清洗电极,